При изготовлении пресс-форм, знаков, фурнитуры, рекламных щитов, автомобильных номерных знаков и других изделий традиционные методы коррозии не только загрязняют окружающую среду, но и снижают эффективность. Традиционные методы обработки, такие как механическая обработка, утилизация металлолома и использование охлаждающих жидкостей, также могут загрязнять окружающую среду. Несмотря на повышение эффективности, точность невелика, и невозможно вырезать острые углы. По сравнению с традиционными методами глубокой резьбы по металлу, лазерная глубокая резьба по металлу обладает преимуществами: отсутствием загрязнения, высокой точностью и гибкостью обработки, что позволяет удовлетворять требованиям сложных процессов резьбы.
К распространенным материалам для глубокой резьбы по металлу относятся углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, драгоценные металлы и т. д. Инженеры проводят высокоэффективные исследования параметров глубокой резьбы для различных металлических материалов.
Анализ фактического случая:
Испытательное оборудование: головка Carmanhaas 3D Galvo с линзой (F=163/210) для проведения теста глубокой гравировки. Размер гравировки составляет 10 мм × 10 мм. Установите начальные параметры гравировки, как показано в таблице 1. Измените параметры процесса, такие как величина расфокусировки, ширина импульса, скорость, интервал заполнения и т. д., используйте тестер глубокой гравировки для измерения глубины и найдите параметры процесса, обеспечивающие наилучший результат гравировки.
Таблица 1 Исходные параметры глубокой резьбы
В таблице параметров процесса мы видим, что существует множество параметров, влияющих на конечный эффект глубокой гравировки. Мы используем метод управляющих переменных для определения влияния каждого параметра процесса на результат, и теперь рассмотрим их по отдельности.
01 Влияние расфокусировки на глубину резьбы
Сначала используйте волоконный лазер Raycus мощностью 100 Вт, модель RFL-100M, для гравировки начальных параметров. Проведите тест гравировки на различных металлических поверхностях. Повторите гравировку 100 раз по 305 секунд. Измените расфокусировку и проверьте её влияние на качество гравировки на различных материалах.
Рисунок 1. Сравнение влияния расфокусировки на глубину резьбы материала.
Как показано на рисунке 1, можно получить следующую информацию о максимальной глубине, соответствующей разной степени расфокусировки при использовании RFL-100M для глубокой гравировки на различных металлических материалах. Из вышеприведенных данных следует, что для достижения наилучшего эффекта при глубокой гравировке на металлической поверхности требуется определенная степень расфокусировки. Расфокусировка при гравировке алюминия и латуни составляет -3 мм, а при гравировке нержавеющей и углеродистой стали - -2 мм.
02 Влияние ширины импульса на глубину резьбы
В ходе вышеописанных экспериментов была получена оптимальная величина дефокусировки RFL-100M при глубокой гравировке на различных материалах. Для достижения оптимальной величины дефокусировки измените начальные параметры: длительность импульса и соответствующую частоту, а остальные параметры оставьте неизменными.
Это обусловлено главным образом тем, что каждой длительности импульса лазера RFL-100M соответствует своя основная частота. Если частота ниже соответствующей основной частоты, выходная мощность ниже средней, а если частота выше соответствующей основной частоты, пиковая мощность уменьшается. Для гравировки необходимо использовать максимальную длительность импульса и максимальную мощность, поэтому в качестве тестовой частоты используется основная частота. Соответствующие данные будут подробно описаны в следующем тесте.
Основная частота, соответствующая каждой ширине импульса, составляет: 240 нс, 10 кГц, 160 нс, 105 кГц, 130 нс, 119 кГц, 100 нс, 144 кГц, 58 нс, 179 кГц, 40 нс, 245 кГц, 20 нс, 490 кГц, 10 нс, 999 кГц. Проведите испытание гравировки с использованием вышеуказанного импульса и частоты. Результат испытания показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Сравнение влияния ширины импульса на глубину гравировки
Из графика видно, что при гравировке RFL-100M с уменьшением длительности импульса соответственно уменьшается и глубина гравировки. Глубина гравировки каждого материала достигает максимума при 240 нс. Это обусловлено главным образом уменьшением энергии одиночного импульса из-за уменьшения его длительности, что, в свою очередь, уменьшает повреждение поверхности металлического материала, в результате чего глубина гравировки становится всё меньше и меньше.
03 Влияние частоты на глубину гравировки
В ходе вышеописанных экспериментов были получены оптимальные значения дефокусировки и длительности импульса RFL-100M при гравировке различных материалов. Используя оптимальные значения дефокусировки и длительности импульса, оставьте их неизменными, измените частоту и проверьте влияние различных частот на глубину гравировки. Результаты испытаний представлены на рисунке 3.
Рисунок 3. Сравнение влияния частоты на материал при глубокой резьбе
Из графика видно, что при гравировке лазером RFL-100M различных материалов с увеличением частоты глубина гравировки каждого материала соответственно уменьшается. При частоте 100 кГц глубина гравировки максимальна, при этом максимальная глубина гравировки чистого алюминия составляет 2,43 мм, латуни – 0,95 мм, нержавеющей стали – 0,55 мм, а углеродистой стали – 0,36 мм. Среди этих материалов алюминий наиболее чувствителен к изменению частоты. При частоте 600 кГц глубокая гравировка на поверхности алюминия невозможна. Хотя латунь, нержавеющая сталь и углеродистая сталь менее подвержены влиянию частоты, для них также наблюдается тенденция к уменьшению глубины гравировки с ростом частоты.
04 Влияние скорости на глубину гравировки
Рисунок 4. Сравнение влияния скорости резьбы на глубину резьбы.
Из графика видно, что с увеличением скорости гравировки глубина гравировки соответственно уменьшается. При скорости гравировки 500 мм/с глубина гравировки каждого материала максимальна. Глубина гравировки алюминия, меди, нержавеющей стали и углеродистой стали составляет соответственно: 3,4 мм, 3,24 мм, 1,69 мм и 1,31 мм.
05 Влияние заполнения интервалов на глубину гравировки
Рисунок 5. Влияние плотности заполнения на эффективность гравировки
Из графика видно, что при плотности заполнения 0,01 мм глубина гравировки алюминия, латуни, нержавеющей и углеродистой стали максимальна, при этом глубина гравировки уменьшается с увеличением зазора заполнения; при плотности заполнения 0,01 мм время, необходимое для выполнения 100 гравировок, постепенно сокращается. При плотности заполнения более 0,04 мм диапазон времени значительно сокращается.
В заключение
В результате вышеперечисленных испытаний получены рекомендуемые параметры процесса глубокой резьбы по различным металлическим материалам с использованием RFL-100M:
Время публикации: 11 июля 2022 г.